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AGO 1994
NBR 13187
Tratamentos térmico e termo uí mico mico de ferro fundido ABNT-Associa çã o Brasileira de Normas Técnicas Sed e: Rio de Jane iro iro Av. Trez Treze e d e M aio, 13 - 28 andar CEP20003-900 - Ca ixa Posta l 1680 Rio d e Ja neiro - RJ Tel.: PABX PABX (021) 210-3122 Tele x: (021) 34333 ABNT- BR Endere ç o Teleg rá fico: NORMATÉCNICA º
Procedimento
Cop yright ght © 1990, 1990, ABNT –Assoc Assoc ia ç ã o Bras Bra sileira de NormasTé cnicas Print nt ed in Bra Bra zil/ / Imp resso resso n o Brasil Tod os osdireito sreserva reserva do s
Origem: Projeto 01:203.02-019/1992 01:203.02-019/1992 CB-01 - Comit ê Brasileiro de Minera ção e Metalurgia CE-01:203.02 - Comiss ão de Estudo de Ferro Fundido NBR 13187 - Heat and thermochemical treatments for cast iron - Procedure Descriptors: Cast iron. Thermal treatment Válida a partir de 30.09.1994 Palavras-chave: Ferro fundido. Tratamento t érmico
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1 Objetivo
b) ve veloci locida dad de d de e a aqu quec ecim imen ento to::
m áxima 100°C/h;
Esta Norma fixa as condições exigíveis para execução de tratamentos térmico e termoquímico em ferro fundido.
c) tempo de encharque:
25 mm/h;
d) resfriamento:
até 200°C;
e) taxa de resfriamento:
50°C/h;
Nota: Nota: Esta Norma abrange os tratamentos térmico e termoquímico de ferros fundidos cinzento e nodular. 2 Condições gerais
f) temperatura de alívio de tensões:
2.1 Tratamento térmico - Autorização
O cliente deve autorizar, conforme esta Norma, o tipo de tratamento térmico e/ou termoquímico e a seqüência em que estes devem ser aplicados e o ciclo necessário.
- n ão-ligado = 500 - 550 °C. 3.1.3 Requisitos finais
3 Condições específicas 3.1 Alívio de tensões
Tratamento térmico que visa à eliminação de tensões internas, sem modificação das propriedades existentes, com a finalidade de manter a estabilidade dimensional após processos de fabricação. 3.1.1 Aplicação
Em ferros fundidos cinzento e nodular no estado bruto de fusão, após soldagem, usinagem e tratamento térmico. 3.1.2 Procedimento recomendado
Realizar o alívio de tensões, considerando as seguintes características: a) tem temper peratu atura ra de de aquec aquecim iment ento: o:
- baixa liga = 550 - 650 °C;
máxi máxima ma 150 150 C; °
As propriedades mec ânicas não devem ser alteradas pelo tratamento, e não devem ocorrer deforma ções (dimensionais significativas) ou trincas, ap ós usinagens posteriores. 3.2 Normalização
Tratamento térmico que visa melhorar as propriedades mecânicas (aumentar ou diminuir), tais como resist ência à tração, alongamento e dureza, ou restaurar as propriedades do estado bruto de fus ão, cuja estrutura tenha sido alterada. 3.2.1 Aplica ção
Em peças de ferros fundidos cinzento e nodular no estado bruto de fus ão, após soldagem e tratamento térmico.
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3.2.2 Procedimento recomendado
Aquecer a peça acima da zona cr ítica com uma velocidade de 50 °C/h a 100°C/h, mantê-la nesta temperatura por 1 h para cada 25 mm de espessura. A temperatura de retirada pode ser a mesma da temperatura do encharque ou inferior a esta, desde que seja superior à temperatura da zona cr ítica. O resfriamento pode ser ao ar calmo ou forçado. A temperatura do encharque, bem como a temperatura de retirada e a velocidade de resfriamento são influenciadas pela composi ção química (elementos perlitizantes e/ou estabilizadores de carbonetos), matriz antes do tratamento t érmico, matriz dese jada e a geometria das peças.
3.4 Têmpera superficial (por indução e chama)
Método de têmpera localizada, objetivando aquelas regiões da superfície em que se requer alta dureza, ou se ja, boa resistência ao desgaste. 3.4.1 Aplica ção
Em peças de ferros fundidos cinzento e nodular que requeiram resistência ao desgaste superficial, mantendo inalteradas as propriedades do n úcleo. 3.4.2 Procedimento recomendado 3.4.2.1 Aquecer superficialmente a pe ça a ser tempera-
3.2.3 Requisitos finais
As propriedades mecânicas e estruturais da peça devem atender às especificações preestabelecidas. 3.3 Nitrocarbonetação
Tratamento termoquímico que envolve a difusão de nitrogênio e carbono simultaneamente, com o objetivo de melhorar as propriedades de resist ências à fadiga, ao desgaste, ou à corrosão. 3.3.1 Aplicação
A nitrocarbonetação é um tratamento termoqu ímico aplicado em componentes sujeitos: a) à fadiga; b) ao desgaste e à corrosão. 3.3.2 Procedimento recomendado
Minimizar o efeito de distorção, submetendo as pe ças, antes da nitrocarboneta ção, ao alívio de tensões ou, no caso de peças temperadas, ao revenimento, numa temperatura 25°C superior à temperatura de nitrocarbonetação. O processo é executado em temperaturas inferiores a 675°C, durante um tempo de 1 h a 6 h, em banhos de sais ou em meio gasoso. O resfriamento deve ser adequado à finalidade a que se destina a peça. 3.3.3 Requisitos finais
As peças, após o tratamento de nitrocarboneta ção, devem ser testadas quanto: a) à uniformidade de camada: - as peças desengraxadas devem ser mergulhadas em solu ção de CuSO4 (sulfato de cobre diluído) a 10%, pois o aparecimento de deposição de cobre indica falta de camada; b) à espessura da camada: - a espessura da camada é determinada pelo uso de corpo-de-prova do mesmo material, através de processo metalogr áfico. Caso seja especificada pelo comprador, a profundidade da camada branca para ferro fundido deve ser, no mínimo, de 0,004 mm e, no m áximo, de 0,03 mm.
da a uma temperatura acima da cr ítica, por meio de chama de alta temperatura (normalmente oxiacetil ênica) ou por indução de correntes parasitas de um campo magnético alternado de alta freqüência. A velocidade, freqüência e tempo de tratamento s ão determinados em função da profundidade da espessura da camada a ser temperada. Os meios de resfriamento normalmente utilizados são: água, óleo e pol ímeros. Durante o processo, surgem tensões internas, pois só a superfície é aquecida; portanto, só esta superfície sofre mudanças de volume. Estas mudanças de volume e o resfriamento brusco originam tensões que devem ser aliviadas atrav és de um revenimento (180°C-200°C por, aproximadamente, 2 h), onde não h á praticamente alteração da dureza. 3.4.2.2 Os ferros fundidos cinzento e nodular devem pos-
suir carbono combinado entre 0,35% e 0,80% para terem boa resposta durante a t êmpera superficial. Os ferros fundidos que possuem menos de 0,35% de carbono combinado não respondem facilmente à têmpera superficial devido à dificuldade de dissolução da grafita na austenita, durante o r ápido aquecimento utilizado para a realização do processo anteriormente descrito. O baixo ponto de fusão dos ferros fundidos e a presença de grafita na microestrutura tornam os ferros fundidos suscept íveis à “queima” ou fusão durante a têmpera superficial. A perlita lamelar grosseira, típica de ferros fundidos de alto-carbono, deve ser evitada, pois ela pode “queimar-se” durante o processo e causar porosidades. 3.4.2.3 As peças de ferro fundido a serem temperadas
superficialmente não devem conter porosidades e materiais estranhos, como areia e esc órias, em suas superfícies, pois podem gerar uma superf ície rugosa ou trincas após têmpera. 3.4.2.4 As superfícies grosseiras devem ser jateadas por
granalha ou areia, pois cascas ou carepas agem como isolantes térmicos e reduzem efetivamente os processos de têmpera superficial. 3.4.3 Requisitos finais
A dureza superficial e a profundidade da camada temperada devem atender às especificações preestabelecidas. 3.5 Têmpera total
Tratamento térmico caracterizado pelo resfriamento em velocidade superior à menor velocidade de resfriamento de um material austenitizado capaz de promover a trans-
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formação da austenita somente em martensita, a partir de uma temperatura acima da zona cr ítica. Utilizado para aumentar a resistência mecânica, dureza e resistência ao desgaste. 3.5.1 Aplicação
Em ferros fundidos cinzento e nodular ap ós usinagem. Pode ser aplicado no ferro fundido após tratamentos térmicos de alívio de tensões, normalização e recozimento. 3.5.2 Procedimento recomendado 3.5.2.1 Aquecer a peça
à temperatura superior a da zona crítica para promover a austenitização, mantê-la nesta temperatura para dissolu ção do carbono na austenita e resfriá-la rapidamente num meio adequado para obter a estrutura martensítica. 3.5.2.2 Em geral, toda seção do ferro fundido deve ser
aquecida uniformemente para minimizar as tens ões t érmicas que podem causar trincas. O perigo de trinca é grande em temperatura at é 425°C e diminui daí para frente; por isso, é recomendado um aquecimento com taxa máxima de 100°C/h até a temperatura de 650 °C. Acima desta temperatura, o aquecimento pode ser t ão rápido quanto desejado, at é a temperatura de austenização. Na têmpera, o ferro fundido é aquecido a uma temperatura alta suficiente para promover a formação da sustenita. Para o ferro fundido cinzento n ão ligado, a temperatura de início de transformação para austenita (AI) pode ser calculada empiricamente de acordo com a equação seguinte:
3.5.2.7 O ferro fundido de seção não-uniforme deve ser
temperado, de modo que a sua maior seção entre primeiro no meio de resfriamento e, quando a geometria da peça for complicada, a t êmpera em óleo, com temperaturas entre 80°C e 100°C, deve ser utilizada para evitar trincas. Durante o resfriamento, a agita ção do meio é desejável, pois assegura igual distribui ção de temperatura no banho e melhora a efici ência da t êmpera. 3.5.3 Requisitos finais
As peças devem sofrer revenimento imediato logo ap ós a têmpera. 3.6 Recozimento ferrí tico ou ferritização
Tratamento térmico destinado à obtenção de matriz ferrítica. 3.6.1 Aplicação
Em ferros fundidos cinzento e nodular, quando n ão for poss ível obter a estrutura ferr ítica no estado bruto de fusão ou após soldagem. 3.6.2 Procedimento recomendado
Aquecer a peça acima da zona cr ítica com uma velocidade de aquecimento de 50 °C/h a 100°C/h, mantê-la a esta temperatura por 1 h para cada 25 mm de espessura. A temperatura de retirada do forno deve estar abaixo da zona crítica, recomendando-se uma temperatura em torno de 600°C. A velocidade de resfriamento n ão deve ultrapassar 50°C/h.
AI (°C) = 723 + 28,0 (%Si) - 25,00 (%Mn) 3.6.3 Requisitos finais 3.5.2.3 Recomenda-se para assegurar uma adequada
austenitização acréscimo de 90°C na temperatura AI calculada. Devem-se evitar elevadas temperaturas, porque a têmpera de elevadas temperaturas aumenta o perigo de distorções e trincas.
As propriedades mecânicas e estruturais devem atender às especificações preestabelecidas.
3.5.2.4 Para o ferro fundido nodular, é recomendada a fai-
xa de 845°C a 925°C. O ferro fundido de baixo teor de carbono combinado deve ser austenitizado por um tempo relativamente longo.
Tratamento térmico destinado à obtenção de matriz ferrítica, quando a estabilidade dimensional da pe ça fica comprometida em se fazendo um tratamento de recozimento ferrítico.
3.5.2.5 O tempo de manuten ção da temperatura de aus-
3.7.1 Aplicação
tenitização é influenciado pela espessura da pe ça e composição química. Recomenda-se, de modo geral, tempo entre 0,5 h e 1 h para cada 25 mm de espessura.
3.7 Recozimento subcrí tico
Em ferros fundidos cinzento e nodular, quando n ão for posssível obter a estrutura ferrítica no estado bruto de fusão ou após moldagem.
3.5.2.6 A seleção do meio de resfriamento est á relaciona-
da com as propriedades requeridas e com a geometria da peça. Com relação ao ferros fundidos cinzento e nodular, o óleo é o meio de resfriamento mais freqüentemente usado. Água geralmente não é um meio satisfatório devido a problemas de trincas e distor ções. O polímero solúvel em água é um meio com velocidades de resfriamento inferiores à da água, as quais podem minimizar o choque térmico. Este meio pode ser considerado como intermediário entre a água e o óleo. O meio de t êmpera menos severo é o ar. O ferro fundido cinzento não ligado e de baixa liga n ão pode ser temperado ao ar, devido a velocidade de resfriamento n ão ser alta o suficiente para a formação da martensita.
3.7.2 Procedimento recomendado
Realizar este procedimento abaixo da zona cr ítica, recomendando-se de 680 °C a 700°C. Aquecer a pe ça a 50°C/h a 100°C/h, e mantê-la na temperatura escolhida por 1 h para cada 25 mm de espessura. A velocidade de resfriamento não deve ultrapassar 50 °C/h. A temperatura de retirada deve ser em torno de 600 °C. 3.7.3 Requisitos finais
As propriedades mecânicas e estruturais devem atender às especificações preestabelecidas.
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3.8 Revenimento
3.8.2 Procedimento recomendado
Consiste no reaquecimento do material temperado, a uma temperatura abaixo da zona crítica, tendo como finalidade a eliminação de tensões criadas na t êmpera ou normalização, bem como o ajuste de propriedades mec ânicas.
Aquecer a peça de ferro fundido cinzento entre 50 °C/h e 100°C/h, até uma temperatura entre 200 °C e 400°C, mantê-la por 1 h para cada 25 mm de espessura, e, ap ós este procedimento, esfriá-la ao ar. O tempo de encharque é função das propriedades mec ânicas que se quer reaver com o revenimento.
3.8.1 Aplicação
3.8.3 Requisitos finais
Em ferros fundidos cinzento e nodular.
As propriedades mecânicas e estruturais devem atender às especificações preestabelecidas.
